ES2845423T3 - Procedure for optimizing the resources of a data transmission and device that implements the procedure - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de optimización de los recursos de una transmisión de datos configurado según un modelo de tipo OSI que comprende al menos una capa de acceso al medio, MAC y una capa física, que consiste, a partir de un conjunto de pares de modulación y el primer código de corrección disponible destinado a ser aplicado al nivel de la capa física, en: - determinar (401-411), para cada uno de dichos pares, la eficiencia máxima de un segundo código de corrección "Distancia Máxima Separable" que se aplicará a los datos a transmitir antes de la aplicación del primer código de corrección y de la modulación de modo que la tasa de error, TEPs, en los datos recibidos después de la transmisión en un canal no perfecto es como máximo igual a una tasa de error objetivo, TEPc, - dicho segundo código de corrección es un código de "Distancia Máxima Separable" y está destinado a ser aplicado al nivel de la capa de acceso al medio, MAC para generar una pluralidad, NPR, de paquetes de bits de redundancia a partir de una pluralidad, K, de paquetes de bits de datos recibidos completados por secciones de relleno para que todos tengan el mismo tamaño, - determinándose la eficiencia máxima del segundo código de corrección aplicando las subetapas de: i. determinar la probabilidad teórica de error del par de modulación, primer código de corrección asociado con el canal de transmisión, ii. simular la tasa de error, TEPs, de una transmisión, en un canal modelado por dicha probabilidad teórica, datos protegidos por dicho segundo código de corrección, iii. incrementar el número de paquetes de bits de redundancia generados por dicho segundo código de corrección hasta la tasa de error simulada, TEPs, sea menor que la tasa de error objetivo, TEPc, - evaluar (411) una información representativa de la relación entre el número de bits de entrada de la capa de acceso al medio, MAC, y el número de bits realmente transmitidos para el conjunto de soluciones que asocian modulación, primer y segundo códigos de corrección, - seleccionar (412), entre el conjunto de soluciones que asocian modulación, primer y segundo códigos de corrección, la correspondiente a la relación más alta.Procedure for optimizing the resources of a data transmission configured according to an OSI type model that comprises at least one medium access layer, MAC and a physical layer, which consists, from a set of modulation pairs and the first available correction code destined to be applied at the level of the physical layer, in: - determining (401-411), for each of said pairs, the maximum efficiency of a second correction code "Maximum Separable Distance" that will be applied to the data to be transmitted before the application of the first correction code and modulation so that the error rate, TEPs, in the data received after transmission on a non-perfect channel is at most equal to a target error rate , TEPc, - said second correction code is a "Maximum Separable Distance" code and is intended to be applied at the level of the medium access layer, MAC to generate a plurality, NPR, of redundancy bit packets to starting from a plurality, K, of received data bit packets completed by padding sections so that they all have the same size, - the maximum efficiency of the second correction code being determined by applying the sub-steps of: i. determining the theoretical probability of error of the modulation pair, first correction code associated with the transmission channel, ii. simulate the error rate, TEPs, of a transmission, in a channel modeled by said theoretical probability, data protected by said second correction code, iii. increase the number of redundancy bit packets generated by said second correction code until the simulated error rate, TEPs, is less than the target error rate, TEPc, - evaluate (411) a representative information of the relationship between the number of input bits of the media access layer, MAC, and the number of bits actually transmitted for the set of solutions that associate modulation, first and second correction codes, - select (412), among the set of solutions that associate modulation, first and second correction codes, corresponding to the highest ratio.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento de optimización de los recursos de una transmisión de datos y dispositivo que implementa el procedimientoProcedure for optimizing the resources of a data transmission and device that implements the procedure
El campo de la invención es el de los sistemas de transmisión de datos inalámbricos y, en particular, aquellos para los que el canal de transmisión está sometido a perturbaciones muy variables a lo largo del tiempo.The field of the invention is that of wireless data transmission systems and, in particular, those for which the transmission channel is subject to highly variable disturbances over time.
La invención se refiere más en particular al campo de la codificación de canales y la optimización de los recursos de un enlace de datos para LA búsqueda de un compromiso efectivo entre la velocidad consumida y la robustez a las fluctuaciones en el medio de transmisión.The invention relates more particularly to the field of channel coding and the optimization of the resources of a data link in order to search for an effective compromise between the speed consumed and the robustness to fluctuations in the transmission medium.
El problema técnico general al que se dirige la presente invención es el de adaptar una transmisión de datos a las fluctuaciones en el canal de propagación. Se conoce la técnica conocida como codificación y modulación adaptativa, conocida por el acrónimo inglés ACM (Adaptive Coding and Modulation, codificación y modulación adaptativa), que consiste en adaptar el par de codificación de modulación en función de la información sobre la calidad del canal de propagación. Esta técnica se utiliza principalmente en las normas Wimax, UMTS, 3GPP/LTE o incluso DVB-S2. El objetivo de este procedimiento es determinar los mejores parámetros de modulación y codificación para garantizar un determinado nivel de calidad de servicio optimizando la velocidad útil que ofrece el sistema.The general technical problem addressed by the present invention is that of adapting a data transmission to fluctuations in the propagation channel. The technique known as adaptive coding and modulation is known, known by the English acronym ACM (Adaptive Coding and Modulation, adaptive coding and modulation), which consists of adapting the modulation coding pair depending on the information about the quality of the channel of spread. This technique is mainly used in Wimax, UMTS, 3GPP / LTE or even DVB-S2 standards. The objective of this procedure is to determine the best modulation and coding parameters to guarantee a certain level of quality of service, optimizing the useful speed offered by the system.
La implementación del procedimiento ACM en un sistema de transmisión requiere la gestión de varios tipos de modulación y varias salidas del mismo código de corrección. Para que la optimización de la velocidad/protección sea lo más fina posible y permita una adaptación eficiente a las variaciones en el canal de propagación, es absolutamente necesario beneficiarse de un gran número de pares de modulación, codificación posible. Sin embargo, esta necesidad se enfrenta a límites tecnológicos porque implica disponer de importantes recursos de memoria disponibles, principalmente para almacenar los distintos gráficos, lo que permite deducir la probabilidad de error asociada a un par de modulación/codificación en función de la relación señal/ruido medida en el canal u otra métrica equivalente. Asimismo, demasiadas opciones posibles también pueden generar inestabilidad del bucle de control que, a partir de una medición de la calidad del enlace de transmisión, adapta los parámetros de modulación y codificación y, por lo tanto, conduce a retrasos en los procesamientos realizados que pueden ser penalizantes en un contexto de tiempo real.The implementation of the ACM procedure in a transmission system requires the management of several types of modulation and several outputs of the same correction code. In order for the optimization of the speed / protection to be as fine as possible and to allow an efficient adaptation to the variations in the propagation channel, it is absolutely necessary to benefit from a large number of modulation pairs, coding possible. However, this need faces technological limits because it implies having significant memory resources available, mainly to store the different graphics, which allows deducing the probability of error associated with a modulation / coding pair as a function of the signal / signal ratio. noise measured in channel or other equivalent metric. Likewise, too many possible options can also generate instability of the control loop that, from a measurement of the quality of the transmission link, adapts the modulation and coding parameters and, therefore, leads to delays in the processing carried out that can be penalizing in a real-time context.
Por lo tanto, la implementación real del procedimiento ACM generalmente se lleva a cabo mediante un número limitado de pares de modulación/codificación.Therefore, the actual implementation of the ACM procedure is generally carried out by a limited number of modulation / coding pairs.
Esta gran granularidad presenta un inconveniente para el rendimiento del sistema. En efecto, la aplicación del procedimiento ACM tiene como objetivo determinar el par de modulación/codificación que permite cumplir con una restricción determinada de tasa de error en la recepción. Sin embargo, la elección realizada para lograr este objetivo conduce a una reducción en el rendimiento útil y en la eficiencia espectral debido a la redundancia agregada por el código de corrección. El cambio de un par de modulación/codificación a otro puede conducir a una fuerte reducción del rendimiento útil y de la eficiencia espectral, debido a la granularidad importante.This high granularity presents a downside to system performance. In effect, the application of the ACM procedure aims to determine the modulation / coding pair that makes it possible to comply with a given restriction of the reception error rate. However, the choice made to achieve this goal leads to a reduction in useful performance and spectral efficiency due to the redundancy added by the correction code. Changing from one modulation / encoding pair to another can lead to a strong reduction in useful performance and spectral efficiency, due to significant granularity.
Este inconveniente se ilustra en la figura 1, que representa la eficiencia espectral en función de la relación señal/ruido para cuatro pares de modulación/codificación diferentes. La curva 10 corresponde a una modulación QPSK asociada con un código de eficiencia 1/3. La curva 20 corresponde a una modulación QPSK asociada con un código de eficiencia 1/2. La curva 30 corresponde a una modulación QPSK asociada con un código de eficiencia 2/3. La curva 40 corresponde a una modulación QPSK asociada con un código de eficiencia 3/4. Más allá de un valor umbral de relación señal/ruido, la eficiencia espectral alcanza un valor de meseta. La máxima eficiencia espectral alcanzable presenta una diferencia a veces superior a 0,1 bits/s/Hz según los pares elegidos. Las áreas 50 de potencial sobreeficiencia se identifican en las curvas. Corresponden a casos en los que la protección añadida limita demasiado el rendimiento útil en comparación con la ganancia de robustez que se obtiene.This drawback is illustrated in Figure 1, which represents the spectral efficiency as a function of the signal-to-noise ratio for four different modulation / coding pairs. Curve 10 corresponds to a QPSK modulation associated with a 1/3 efficiency code. Curve 20 corresponds to a QPSK modulation associated with a 1/2 efficiency code. Curve 30 corresponds to a QPSK modulation associated with a 2/3 efficiency code. Curve 40 corresponds to a QPSK modulation associated with a 3/4 efficiency code. Beyond a threshold value of signal-to-noise ratio, the spectral efficiency reaches a plateau value. The maximum achievable spectral efficiency has a difference sometimes greater than 0.1 bits / s / Hz depending on the pairs chosen. Areas of potential over-deficiency are identified on the curves. They correspond to cases in which the added protection limits the useful performance too much compared to the robustness gain that is obtained.
Un ejemplo de un procedimiento ACM se describe en la solicitud de patente europea publicada con el número EP1296494.An example of an ACM procedure is described in European patent application published under number EP1296494.
La presente invención propone una solución que permite superar los inconvenientes antes mencionados de los denominados procedimientos ACM. El alcance de la protección está definido por las reivindicaciones. Cualquier referencia en la descripción a realizaciones o aspectos que no caigan dentro del alcance de estas reivindicaciones debe considerarse como un ejemplo útil para comprender la invención.The present invention proposes a solution that makes it possible to overcome the aforementioned drawbacks of the so-called ACM procedures. The scope of protection is defined by the claims. Any reference in the description to embodiments or aspects that do not fall within the scope of these claims should be considered as a useful example in understanding the invention.
La solución consiste en aplicar la codificación del canal aguas arriba, a nivel de la capa MAC, un segundo código de corrección, preferentemente un código de borrado de tipo MDS (distancia máxima separable), para lo cual se determina el número de paquetes de bits de redundancia generados para garantizar una tasa de error máxima al tiempo que se limita la caída en el rendimiento útil y la eficiencia espectral, considerado a nivel de la capa MAC, en comparación con una solución ACM sola.The solution consists in applying the coding of the upstream channel, at the MAC layer level, a second correction code, preferably an erasure code of the MDS type (maximum separable distance), for which the number of bit packets is determined. of redundancy generated to ensure a maximum error rate while limiting the drop in usable performance and spectral efficiency, considered at the MAC layer level, compared to an ACM solution alone.
Asimismo, el procedimiento según la invención permite mantener un número limitado de pares de modulación/codificación mejorando el rendimiento y sin provocar inestabilidades a nivel del bucle de adaptación de los parámetros de transmisión en función de la calidad del canal.Likewise, the method according to the invention makes it possible to maintain a limited number of modulation / coding pairs, improving performance and without causing instabilities at the level of the adaptation loop of the transmission parameters depending on the quality of the channel.
Principalmente, el objeto de la invención es un procedimiento para optimizar los recursos de una transmisión de datos caracterizado porque consiste, a partir de un conjunto de pares de modulación y el primer código de corrección disponible, en:Mainly, the object of the invention is a procedure to optimize the resources of a data transmission characterized in that it consists, from a set of modulation pairs and the first available correction code, of:
- Determinar, para cada uno de dichos pares, la eficiencia máxima de un segundo código de corrección que se aplicará a los datos que se transmitirán antes de la aplicación del primer código de corrección y de la modulación, de modo que la tasa de error en los datos recibidos después de la transmisión en un canal no perfecto sea como máximo igual a una tasa error de destino,- Determine, for each of said pairs, the maximum efficiency of a second correction code that will be applied to the data that will be transmitted before the application of the first correction code and modulation, so that the error rate in the data received after transmission on a non-perfect channel is at most equal to a destination error rate,
- dicho segundo código de corrección está destinado a ser aplicado al nivel de la capa de acceso al medio, para generar una pluralidad de paquetes de bits de redundancia a partir de una pluralidad de paquetes de bits de datos recibidos complementados con secciones de relleno para que todos tengan el mismo tamaño,- said second correction code is intended to be applied at the level of the medium access layer, to generate a plurality of redundancy bit packets from a plurality of received data bit packets complemented with padding sections so that all have the same size,
- evaluar (411) información representativa de la relación entre el número de bits de entrada de la capa de acceso al medio (MAC) y el número de bits realmente transmitidos o la tasa de transmisión necesaria para todas las soluciones que asocian modulación, primer y segundo códigos de corrección,- evaluate (411) information representative of the relationship between the number of input bits of the medium access layer (MAC) and the number of bits actually transmitted or the necessary transmission rate for all solutions that associate modulation, first and second correction codes,
- seleccionar (412), entre el conjunto de soluciones que asocian modulación, primer y segundo códigos de corrección, el que permita maximizar dicha relación o minimizar dicha velocidad de transmisión,- select (412), from the set of solutions that associate modulation, first and second correction codes, the one that allows maximizing said ratio or minimizing said transmission speed,
Según un aspecto particular de la invención, dicho segundo código de corrección es un código de "Distancia máxima separable", cuya máxima eficiencia requerida para cumplir con dicha tasa de error objetivo está determinada por: According to a particular aspect of the invention, said second correction code is a "Maximum separable distance" code, whose maximum efficiency required to comply with said objective error rate is determined by:
- Determinación de la probabilidad teórica de error del par de modulación, primer código de corrección asociado con el canal de transmisión,- Determination of the theoretical probability of error of the modulation pair, first correction code associated with the transmission channel,
- Simulación de la tasa de error de una transmisión, en un canal modelado por dicha probabilidad teórica, datos protegidos por dicho segundo código de corrección,- Simulation of the error rate of a transmission, in a channel modeled by said theoretical probability, data protected by said second correction code,
- Incremento del número de paquetes de bits de redundancia generados por dicho segundo código de corrección hasta que la tasa de error simulada sea menor que la tasa de error objetivo- Increasing the number of redundancy bit packets generated by said second correction code until the simulated error rate is less than the target error rate
Según un aspecto particular de la invención, dicha información representativa de dicha relación entre el número de bits de entrada de la capa de acceso al medio (MAC) y el número de bits realmente transmitidos se calcula utilizando la siguiente relación: E = 1- (TEPs.K.R)/(K+Npr), donde Npr es el número de paquetes de bits de redundancia generados para proteger K paquetes de datos y R es la eficiencia del primer código de corrección multiplicado por el número de bits por símbolo de la modulación.According to a particular aspect of the invention, said information representative of said relationship between the number of input bits of the medium access layer (MAC) and the number of bits actually transmitted is calculated using the following relationship: E = 1- ( TEP s .KR) / (K + N pr ), where N pr is the number of redundancy bit packets generated to protect K data packets and R is the efficiency of the first correction code multiplied by the number of bits per symbol modulation.
Según un aspecto particular de la invención, dicho segundo código de corrección es un código de bloque, por ejemplo, un código de Reed Solomon.According to a particular aspect of the invention, said second correction code is a block code, for example a Reed Solomon code.
Según un aspecto particular de la invención, dichas tasas de error (TEPs , TEPc) son velocidades de paquetes MAC erróneas y el par de modulación, el primer código de corrección seleccionado se transmite a la capa física para la aplicación de dicho primer código de corrección y dicha modulación a los paquetes de datos y a los paquetes de redundancia suministrados por la capa de acceso al medio.In a particular aspect of the invention, these error rates (TEP s, PEc) are speeds MAC packet erroneous and the pair of modulation, the first code selected correction is transmitted to the physical layer to the application of said first code correction and said modulation to the data packets and redundancy packets supplied by the medium access layer.
Según un aspecto particular de la invención, dichos K paquetes de datos completados se intercalan antes de la aplicación del segundo código de corrección.According to a particular aspect of the invention, said K completed data packets are interleaved before the application of the second correction code.
Según un aspecto particular de la invención, dichos paquetes de bits de redundancia son de igual tamaño entre sí y los de dichos paquetes de datos completos.According to a particular aspect of the invention, said redundancy bit packets are of equal size to each other and those of said complete data packets.
El objeto de la invención es también un sistema de transmisión de datos que comprende medios para implementar el procedimiento de optimización de recursos según la invención. Dichos medios pueden comprender al menos una capa de acceso al medio, una capa física e información sobre la calidad del canal de propagación.The object of the invention is also a data transmission system comprising means for implementing the resource optimization method according to the invention. Said media may comprise at least a media access layer, a physical layer and information on the quality of the propagation channel.
El objeto de la invención es también un producto de programa informático que comprende instrucciones para ejecutar el procedimiento de optimización de recursos según la invención cuando el programa es ejecutado por un procesador. The object of the invention is also a computer program product comprising instructions for executing the resource optimization procedure according to the invention when the program is executed by a processor.
Otras características y ventajas de la presente invención resultarán más evidentes tras la lectura de la descripción que sigue en relación con los dibujos adjuntos que representan:Other characteristics and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the description that follows in connection with the accompanying drawings that represent:
- La figura 1, un diagrama que representa la eficiencia espectral en función de la relación señal/ruido para diferentes pares de modulación y codificación,- Figure 1, a diagram representing the spectral efficiency as a function of the signal / noise ratio for different modulation and coding pairs,
- la figura 2, un esquema de un sistema de transmisión de datos adecuado para implementar el procedimiento según la invención,figure 2, a diagram of a data transmission system suitable for implementing the method according to the invention,
- la figura 3, un esquema que ilustra la aplicación de un código llamado "distancia máxima separable" a una pluralidad de paquetes recibidos al nivel de la capa de acceso al medio (MAC) de un sistema de transmisión, - la figura 4, un diagrama de flujo que describe el procedimiento según la invención que permite determinar el par de modulación, codificación óptimo, así como el número de paquetes de redundancia que se generarán a nivel de la capa MAC,- Figure 3, a diagram illustrating the application of a code called "maximum separable distance" to a plurality of packets received at the level of the medium access layer (MAC) of a transmission system, - Figure 4, a flow diagram that describes the method according to the invention that allows determining the modulation pair, optimal coding, as well as the number of redundancy packets that will be generated at the level of the MAC layer,
- la figura 5, un ejemplo de curvas de la eficiencia espectral resultante en función de la relación señal/ruido que muestra la ganancia de procesamiento obtenida mediante la aplicación de la invención.- Figure 5, an example of curves of the resulting spectral efficiency as a function of the signal / noise ratio showing the processing gain obtained by applying the invention.
El procedimiento según la invención consiste en aplicar, en los paquetes recibidos por la capa de acceso al medio (capa MAC), un código de corrección con borrados conocido como código MDS (distancia máxima separable). La principal propiedad de dicho código es que si K es el número de paquetes de información y N el número total de paquetes transmitidos, incluidos los paquetes de información y los paquetes de redundancia, cualquier combinación de K paquetes entre N hace posible recuperar la información contenida en los K paquetes útiles antes de la aplicación del código corrector. El código de corrección utilizado puede ser un código de bloque, por ejemplo, un código de Reed Solomon. La invención se aplica ventajosamente con un código MDS pero también sigue siendo compatible con otros tipos de códigos de corrección, por ejemplo, un código LDPC (Low Density Parity Check, comprobación de paridad de baja densidad) o cualquier otro código de corrección que permita obtener la misma propiedad.The method according to the invention consists in applying, on the packets received by the medium access layer (MAC layer), a correction code with erasures known as the MDS code (maximum separable distance). The main property of said code is that if K is the number of information packets and N is the total number of transmitted packets, including information packets and redundancy packets, any combination of K packets among N makes it possible to retrieve the information contained in the K useful packages before applying the checker code. The correction code used can be a block code, for example a Reed Solomon code. The invention is advantageously applied with an MDS code but it also remains compatible with other types of correction codes, for example, an LDPC (Low Density Parity Check) code or any other correction code that allows obtaining the same property.
La figura 2 es un esquema de un sistema de transmisión de datos para implementar el procedimiento según la invención.Figure 2 is a diagram of a data transmission system for implementing the method according to the invention.
La invención se puede implementar dentro de un transmisor 201 que comprende medios 210, normalmente una antena, para transmitir datos a través de un enlace inalámbrico a un receptor 202.The invention can be implemented within a transmitter 201 comprising means 210, typically an antenna, for transmitting data over a wireless link to a receiver 202.
El transmisor 201 puede implementar un procedimiento de codificación y modulación adaptativa para transmitir los datos provenientes de una aplicación 211 implementada en el transmisor 201 o en una entidad separada. Dicha aplicación puede ser una aplicación de transmisión de voz, imagen o vídeo o incluso datos textuales. Los paquetes de datos generados por la aplicación 211 se transmiten a una capa de acceso al medio 212 o capa MAC y luego a una capa física 213 cargada, principalmente, para formatear los datos para su transmisión en el canal físico. En particular, la modulación y codificación de canal apropiadas se aplica a este nivel a los paquetes transmitidos por la capa MAC. En función de una medición 214 de la calidad del canal de transmisión, la capa MAC selecciona el par de parámetros relacionados con la modulación y la codificación del canal para obtener un nivel de calidad de servicio requerido. Transmitter 201 may implement an adaptive modulation and coding procedure to transmit data from an application 211 implemented in transmitter 201 or in a separate entity. Said application can be a voice, image or video transmission application or even textual data. The data packets generated by the application 211 are transmitted to a medium access layer 212 or MAC layer and then to a loaded physical layer 213, primarily to format the data for transmission on the physical channel. In particular, the appropriate channel coding and modulation is applied at this level to packets transmitted by the MAC layer. Based on a transmission channel quality measurement 214, the MAC layer selects the pair of parameters related to channel modulation and coding to obtain a required quality of service level.
El procedimiento según la invención se implementa ventajosamente a nivel de la capa MAC 212 del transmisor 201. The method according to the invention is advantageously implemented at the MAC layer 212 of the transmitter 201.
La figura 3 ilustra un ejemplo de aplicación del código de corrección MDS a un conjunto de paquetes recibidos por la capa MAC.Figure 3 illustrates an example of applying the MDS correction code to a set of packets received by the MAC layer.
Considerando un número K de paquetes MAC PM-i ,PM2,PMí,PMk cada uno de los cuales comprende un encabezado H-i ,H2,Hí,Hk y una carga útil P-i ,P2,Pí,Pk procedente de una aplicación 211. Las cargas útiles son de tamaño variable y Lmax denota el tamaño máximo de una carga útil. El código de corrección MDS se aplica de la siguiente manera. Las áreas de relleno B1, B2, BK se concatenan después de cada carga útil para que todos los paquetes resultantes tengan el mismo tamaño igual a Lmax. Estas zonas de relleno se componen, por ejemplo, de bits todos iguales a 0 y no se transmiten a la capa física, se utilizan únicamente para la operación de codificación implementada por la capa MAC. Considering a number K of MAC packets PM- i , PM2, PM í , PM k each of which comprises a header H- i , H2, H í , H k and a payload P- i , P2, Pi , P k from an application 211. Payloads are variable in size and L max denotes the maximum size of a payload. The MDS correction code is applied as follows. The padding areas B1, B2, BK are concatenated after each payload so that all the resulting packets have the same size equal to L max . These padding areas are composed, for example, of bits all equal to 0 and are not transmitted to the physical layer, they are used only for the encoding operation implemented by the MAC layer.
Los K paquetes resultantes se apilan para constituir una matriz con K filas y columnas Lmax, luego el código de corrección se aplica columna por columna. Para cada columna que comprende K símbolos (bits o bytes), se genera así un número M de símbolos de redundancia. Esta operación se reitera para todas las columnas y conduce a la creación de M paquetes de redundancia Pk + 1, Pk + m al que se le agrega un encabezado MAC Hk+1,Hk+m. El número M de paquetes de redundancia se determina aplicando el procedimiento según la invención que se describe a continuación. Los N = K M paquetes se transmiten luego a la capa física con la información del par de modulación/codificación elegido.The resulting K packets are stacked to form a matrix with K rows and columns L max , then the correction code is applied column by column. For each column comprising K symbols (bits or bytes), a number M of redundancy symbols is thus generated. This operation is repeated for all columns and leads to the creation of M redundancy packets P k + 1, P k + m to which is added a MAC header H k + 1, H k + m . The number M of redundancy packets is determined by applying the method according to the invention described below. The N = KM packets are then transmitted to the physical layer with the information of the chosen modulation / coding pair.
Sin salir del contexto de la invención, otras aplicaciones del código de corrección MDS son posibles siempre que permitan generar, a partir de K paquetes de datos útiles, M paquetes de redundancia y los N = M K paquetes resultantes se transmiten a la capa física.Without departing from the context of the invention, other applications of the MDS correction code are possible as long as they make it possible to generate, from K useful data packets, M redundancy packets and the resulting N = M K packets are transmitted to the physical layer.
A continuación se describe el procedimiento, según la invención, haciendo posible seleccionar el par óptimo de modulación/codificación a aplicar a nivel de la capa física del sistema así como el número de paquetes de redundancia, es decir la eficiencia, del código de corrección MDS aplicado a nivel de la capa MAC.The method according to the invention is described below, making it possible to select the optimal modulation / coding pair to apply at the physical layer level of the system as well as the number of redundancy packets, that is, the efficiency, of the MDS correction code. applied at the MAC layer level.
El objetivo que se persigue es determinar los parámetros globales de modulación y codificación que permitan obtener una tasa de paquetes erróneos o perdidos menor que la tasa objetivo minimizando la velocidad necesaria para la transmisión del flujo de datos obtenido o incluso maximizando eficiencia espectral calculada a nivel de la capa MAC. The objective pursued is to determine the global modulation and coding parameters that allow obtaining a rate of erroneous or lost packets lower than the target rate, minimizing the speed necessary for the transmission of the data flow obtained or even maximizing spectral efficiency calculated at the level of the MAC layer.
Para alcanzar este objetivo, el procedimiento según la invención consiste en primer lugar en determinar, para cada par de modulación/codificación disponible para la capa física, el número mínimo de paquetes de bits de redundancia adicionales necesarios para lograr la tasa de error deseada. Este número mínimo posiblemente sea cero si el rendimiento de la codificación de canal de la capa física es suficiente. Dicho de otro modo, se trata de determinar la eficiencia del código de borrado a aplicar a nivel de la capa MAC, aguas arriba de la codificación y modulación del canal físico. To achieve this objective, the method according to the invention consists first of all in determining, for each modulation / coding pair available for the physical layer, the minimum number of additional redundancy bit packets necessary to achieve the desired error rate. This minimum number is possibly zero if the physical layer channel encoding performance is sufficient. In other words, it is a matter of determining the efficiency of the erasure code to be applied at the MAC layer level, upstream of the coding and modulation of the physical channel.
En un segundo tiempo, se adopta la solución global que combina modulación y codificación de canal para la capa física y código MDS para la capa MAC que requiere la velocidad de transmisión mínima o que permite obtener la máxima eficiencia espectral a nivel de la capa MAC.In a second stage, the global solution is adopted that combines modulation and channel coding for the physical layer and MDS code for the MAC layer that requires the minimum transmission speed or that allows to obtain the maximum spectral efficiency at the MAC layer level.
La figura 4 describe, en un diagrama de flujo, un ejemplo de realización del procedimiento según la invención.FIG. 4 describes, in a flow diagram, an embodiment of the method according to the invention.
La implementación del procedimiento requiere los siguientes datos de entrada 401: el número K de paquetes MAC a proteger mediante la aplicación del código de corrección MDS, el punto de funcionamiento en la relación señal/ruido deseada, la tasa de error de paquete de destino TEPc, las probabilidades teóricas de la tasa de error de paquetes asociadas con cada uno de los pares de modulación/codificación, así como la eficiencia espectral de cada par. La eficiencia espectral se define como la eficiencia del código de corrección aplicado al nivel de la capa física multiplicado por el número de bits por símbolo de la modulación elegida. Por ejemplo, una modulación QPSK asociada con un código de corrección de 1/3 de eficiencia tiene una eficiencia general igual a 2/3.The implementation of the procedure requires the following input data 401: the number K of MAC packets to be protected by applying the MDS correction code, the operating point at the desired signal-to-noise ratio, the destination packet error rate TEPc , the theoretical probabilities of the packet error rate associated with each of the modulation / coding pairs, as well as the spectral efficiency of each pair. Spectral efficiency is defined as the efficiency of the correction code applied at the physical layer level multiplied by the number of bits per symbol of the chosen modulation. For example, a QPSK modulation associated with a 1/3 efficiency correction code has an overall efficiency equal to 2/3.
Para cada solución de modulación/codificación disponible, se realizan todas las etapas siguientes.For each available modulation / encoding solution, all of the following steps are performed.
En una etapa de inicialización 402, la tasa de error de paquete simulada de TEPs se inicializa en 1, el número de paquetes de bits de redundancia que se generarán a nivel MAC Npr se inicializa en 0 y el número de ráfagas recibidas correctamente se inicializa en 0. Una ráfaga se compone de paquetes K M.In an initialization stage 402, the simulated packet error rate of TEPs is initialized to 1, the number of redundancy bit packets to be generated at MAC level N pr is initialized to 0, and the number of bursts received correctly is initialized at 0. A burst is made up of K M packets.
Se realiza una comparación 403 de la tasa de error de paquete simulada TEP y la tasa de error de paquete objetivo TEPc. Siempre que TEPs sea estrictamente mayor que Te Pc, se realizan las etapas siguientes.A comparison 403 of the simulated packet error rate TEP and the target packet error rate TEPc is performed. As long as TEPs is strictly greater than Te P c , the following steps are carried out.
El número de paquetes de bits de redundancia Npr se incrementa 404.The number of redundancy bit packets N pr is incremented 404.
A continuación, se calcula la tasa de error de paquete simulada TEPs repitiendo las etapas siguientes para una gran cantidad de Nm de paquetes transmitidos, es decir, al menos igual a 100 dividido por la probabilidad de error teórica. Then, the error rate simulated package TEPs repeating the steps for a large number of N m of packets, ie, at the least equal to 100 divided by the theoretical probability of error is calculated.
El número Nr de paquetes recibidos correctamente se inicializa 405 a 0.The number N r of packets received successfully is initialized 405 to 0.
A continuación, se simula el impacto del canal de propagación en la transmisión de los N = K M paquetes generados a nivel de la capa MAC después de la aplicación del código de corrección MDS. En este estado, el número de paquetes de bits de redundancia M es igual a Npr.Next, the impact of the propagation channel on the transmission of the N = KM packets generated at the MAC layer level after the application of the MDS correction code is simulated. In this state, the number of redundancy bit packets M equals N pr .
Para paquetes K Npr, se lleva a cabo una prueba 406 comparando el resultado de una selección aleatoria gaussiana con la probabilidad de error teórica. Si esta prueba es positiva, esto significa que se recibe el paquete actual y el número Nr de paquetes recibidos correctamente se incrementa 407. Una vez realizada esta prueba para los paquetes K Npr, se verifica 408 si el número Nr de paquetes recibidos correctamente es mayor o igual que K. Si este es el caso, el número Nb de ráfagas recibidas correctamente se incrementa 409.For KN pr packets, a 406 test is performed comparing the result of a Gaussian random selection with the theoretical error probability. If this test is positive, this means that the current packet is received and the number N r of packets received correctly is increased by 407. Once this test is performed for the KN pr packets, 408 is checked if the number N r of packets received correctly is greater than or equal to K. If this is the case, the number N b of bursts received correctly is incremented by 409.
Cuando se completa el bucle en el número Nm de paquetes transmitidos, la tasa de error simulado TEPs = 1 - Nb/Nm se calcula 410.When the loop is completed on the number N m of transmitted packets, the simulated error rate TEPs = 1 - N b / N m is calculated 410.
Cuando la tasa de error simulado TEPs sea menor que la tasa de error objetivo TEPc, la eficiencia espectral se calcula 411 al nivel de la capa MAC asociada con la solución simulada utilizando la siguiente fórmula:When the simulated error rate TEP s is less than the target error rate TEPc, the spectral efficiency is calculated 411 at the level of the MAC layer associated with the simulated solution using the following formula:
E = 1-(TEPs.K.R)/(K+Npr),E = 1- (TEP s .KR) / (K + N pr ),
donde R es la eficiencia global asociada con la solución de modulación/codificación aplicada a la capa física. La expresión "eficiencia espectral a nivel de la capa MAC" calculada en el presente documento tiene en cuenta el impacto de la tasa de error simulado y debe distinguirse de la eficiencia espectral calculada a nivel de la capa física que tiene en cuenta otros parámetros como la fuerza de la señal transmitida.where R is the overall efficiency associated with the modulation / coding solution applied to the physical layer. The expression "spectral efficiency at the level of the MAC layer" calculated in this document takes into account the impact of the simulated error rate and must be distinguished from the spectral efficiency calculated at the level of the physical layer that takes into account other parameters such as the transmitted signal strength.
La eficiencia espectral a nivel de la capa MAC E también se puede definir como la relación entre el número de bits que se transmitirán a la entrada de la capa MAC y el número total de bits transmitidos a la salida de la capa física.The spectral efficiency at the level of the MAC layer E can also be defined as the ratio between the number of bits that will be transmitted at the input of the MAC layer and the total number of bits transmitted at the output of the physical layer.
Cuando se ha calculado la eficiencia espectral a nivel de la capa MAC para el conjunto de soluciones disponibles para la capa física, en una última etapa 412, se retiene la solución que tiene la mayor eficiencia espectral E, para el punto de funcionamiento seleccionado en relación señal/ruido.When the spectral efficiency at the MAC layer level has been calculated for the set of solutions available for the physical layer, in a last step 412, the solution with the highest spectral efficiency E is retained, for the selected operating point in relation signal / noise.
En una variante de realización de la invención, en lugar de la eficiencia espectral a nivel de la capa MAC, es posible evaluar la velocidad física necesaria para transmitir el flujo de datos codificados y modulados según la solución elegida. El criterio de selección consiste entonces en elegir la solución que requiera la velocidad física menor. Esta variante requiere tener en cuenta el tamaño real y máximo de los paquetes MAC a transmitir.In a variant embodiment of the invention, instead of the spectral efficiency at the MAC layer level, it is possible to evaluate the physical speed necessary to transmit the encoded and modulated data stream according to the chosen solution. The selection criterion is then to choose the solution that requires the lowest physical speed. This variant requires taking into account the actual and maximum size of the MAC packets to be transmitted.
El procedimiento descrito anteriormente se aplica a nivel de la capa MAC y permite determinar los siguientes tres parámetros: la modulación adoptada, el código de corrección elegido para la capa física y el rendimiento del código de corrección MDS que se aplicará a nivel de la capa MAC. Los dos primeros parámetros se transmiten a la capa física y el tercero se utiliza para codificar los paquetes MAC como se muestra en la Figura 3. The procedure described above is applied at the MAC layer level and allows determining the following three parameters: the modulation adopted, the correction code chosen for the physical layer and the performance of the MDS correction code that will be applied at the MAC layer level. . The first two parameters are passed to the physical layer and the third is used to encode the MAC packets as shown in Figure 3.
El procedimiento según la invención tiene la ventaja principal de no requerir ninguna modificación significativa de los equipos de transmisión implicados en la gestión de la pila de protocolos debido a que los bits de redundancia generados por el segundo código de corrección, dicho código MDS, se suministran directamente en forma de paquetes MAC completos y, por lo tanto, no requieren una gestión compleja para su estructura. En particular, el procedimiento propuesto no requiere fragmentación o concatenación adicional.The method according to the invention has the main advantage of not requiring any significant modification of the transmission equipment involved in the management of the protocol stack due to the fact that the redundancy bits generated by the second correction code, said MDS code, are supplied directly in the form of complete MAC packets and therefore do not require complex management for their structure. In particular, the proposed procedure does not require additional fragmentation or concatenation.
Asimismo, permite estabilizar el bucle de adaptación de los parámetros de transmisión según la calidad del canal, en otras palabras, los parámetros de codificación de canal y modulación aplicados al nivel de la capa física.Likewise, it makes it possible to stabilize the adaptation loop of the transmission parameters according to the quality of the channel, in other words, the channel coding and modulation parameters applied at the physical layer level.
Puede implementarse a partir de elementos de hardware y/o software. Esta puede, principalmente, implementarse como otro programa informático que consiste en instrucciones para su ejecución. El programa informático puede grabarse en un soporte de grabación legible por un procesador.It can be implemented from hardware and / or software elements. This can, mainly, be implemented as another computer program that consists of instructions for its execution. The computer program can be recorded on a processor-readable recording medium.
La figura 5 ilustra en un diagrama que da la eficiencia espectral en función de la relación señal/ruido, el rendimiento obtenido aplicando el procedimiento según la invención. La curva 501 da la eficiencia espectral de la solución elegida aplicando un procedimiento ACM convencional, en este caso, una modulación QPSK asociada con un código de eficiencia 2/3. La curva 502 da la eficiencia espectral obtenida aplicando el procedimiento según la invención. Se ha observado que se obtiene una ganancia significativa. Con una relación señal-ruido idéntica, aumenta la eficiencia espectral. Con idéntica eficiencia espectral, se reduce el punto de funcionamiento en la relación señal/ruido. Figure 5 illustrates in a diagram that gives the spectral efficiency as a function of the signal / noise ratio, the performance obtained by applying the method according to the invention. Curve 501 gives the spectral efficiency of the chosen solution applying a conventional ACM procedure, in this case, a QPSK modulation associated with a 2/3 efficiency code. Curve 502 gives the spectral efficiency obtained by applying the method according to the invention. It has been observed that a significant gain is obtained. With an identical signal-to-noise ratio, spectral efficiency increases. With identical spectral efficiency, the operating point in the signal-to-noise ratio is reduced.
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